压力容器课程设计

1、邮电与信息工程学院课程设计说明书课题名称：压力容器及过程设备课程设计学生学号：6202170123专业班级：学生姓名：涂程学生成绩：指导教师：卢霞课题工作时间：2015/12/11至2015 /12/25过程装备与控制工程过程装备设计课程设计任务书一、设计目的1、复习巩固过程装备设计中的理论内容；2、掌握设备设计的步骤、方法。熟悉常用设备设计的标准。二、设计题目及设计任书课程设计题目：3Mpa（ 10）M（ 1.65 ),液化石油气储罐设计D N (1800)mm每人一题，从表中依次选取。1、液化石油气储罐设计见卧罐参数表，每人一组数据2、设备简图见附件。3、设计内容与要求（ 1）概述简述储罐

2、的用途、特点、使用范围等主要设计内容设计中的体会（ 2）工艺计算根据安装地点的气象记录确定容器的操作温度；根据操作温度、介质特性确定操作压力；筒体、封头及零部件的材料选择；（ 3）结构设计与材料选择封头与筒体的厚度计算封头、法兰、接管的选型和结构尺寸拟定；根据容器的容积确定总体结构尺寸。支座选型和结构确定各工艺开孔的设置；各附件的选用；（ 4）容器强度的计算及校核水压试验应力校核卧式容器的应力校核开孔补强设计焊接接头设计（ 5）设计图纸总装配图一张 A1一、课程设计的任务的基本要求：（ 1）概述简述储罐的用途、特点、使用范围等；主要设计内容；设计中的体会。（ 2）工艺计算根据安装地点的气象记录

3、确定容器的操作温度；根据操作温度、 介质特性确定操作压力；筒体、封头及零部件的材料选择。（3）结构设计与材料选择封头与筒体的厚度计算；封头、法兰、接管的选型和结构尺寸拟定；根据容器的容积确定总体结构尺寸。 支座选型和结构确定； 各工艺开孔的设置；各附件的选用。（4）容器强度的计算及校核水压试验应力校核； 卧式容器的应力校核； 开孔补强设计；焊接接头设计。（ 5）设计图纸总装配图一张 A1指导教师签字：2015年12月25日二、进度安排：布置课程设计任务，查阅相关资料（1 天）。完成储罐总体结构设计（1 天）。完成储罐的强度设计、强度校核；撰写设计说明书（3天） 。完成塔设备总装配图的绘制（3

4、天）提交设计说明书和图纸，参加答辩（1天） 。三、应收集资料及主要参考文献：压力容器安全技术监察规程2010郑津洋、董其伍、桑芝富. 过程设备设计 . 化学工业出版社 .2010四、课程设计摘要（中文）：卧式液化石油气贮罐设计的特点：卧式液化石油气贮罐也是一个储存压力容器,也应按 GB150钢制压力容器进行制造、试验和验收;并接受劳动部颁发压力容器安全技术监察规程 ( 简称容规 ) 的监督。液化石油气贮罐,不论是卧式还是球罐都属第三类压力容器。贮罐主要有筒体、封头、人孔、支座以及各种接管组成。贮罐上设有液相管、液相回液管、气相管、排污管以及安全阀、压力表、温度计、液面计等。五、课程设计摘要（英

5、文）：Horizontal LPG Tank design features: Horizontal LPG storage tank is a pressure vessel, also should GB150 steel pressure vessel in the manufacture, testing and acceptance; and accept the Ministry of Labor issued a pressure vessel safety technical supervision (hereinafter referred to content regula

6、tion) supervision. Liquefied petroleum gas tank, whether horizontal or belong to a third tank pressure vessel. Tank main cylinder, head, manholes, bearings and various takeover components. With a liquid tube, liquid return tube, gas pipes, sewage pipes as well as the safety valve, pressure gauge, th

7、ermometer, level gauge on the tank and so on.六、成绩评定：指导教师评语：指导教师签字：2015年月日项 目评价项目评价调查论证工作量、工实践能力作态度分析、解决质量问题能力创新得分七、答辩纪录：答辩意见及答辩成绩答辩小组教师（签字） ：2015年月日总评成绩：（教师评分 75%+ 答辩成绩 25% ）评价内容调查论证实践能力分析解决问题能力工作量、工作态度质量创新课程设计评审标准（指导教师用）具体要求能独立阅读文献和从事其他调研；能提出并较好地论述课题实施方案；有收集、 加工各种信息及获得新知识的能力。能正确选择研究（实验）方法，独立进行研究工作。

8、如装置安装、调试、操作。能运用所学知识和技能去发现和解决实际问题；能正确处理实验数据；能对课题进行理论分析，得出有价值的结论。按期圆满完成规定任务，工作量饱满，难度较大，工作努力，遵守纪律；工作作风严谨务实。综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结论严谨合理；实验正确，分析处理科学；文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，书写工整规范，图表完备、整洁、正确；论文结果有应用价值。工作中有创新意识；对前人工作有改造或独特见解。权重0.10.20.20.20.20.1目录摘要IAbstractII第一章绪论11.1 液化石油气储罐的用途与分类11.2 液化石油气特点11.3 液化石油气储罐的

9、设计特点2第二章工艺计算32.1 设计题目32.2 设计数据32.3 设计压力、温度42.4 主要元件材料的选择4第三章结构设计与材料选择63.1 筒体与封头的壁厚计算63.2 筒体和封头的结构设计73.3 鞍座选型和结构设计83.4 接管，法兰，垫片和螺栓的选择103.5 人孔的选择153.6 安全阀的设计15第四章设计强度的校核194.1 水压试验应力校核194.2 筒体轴向弯矩计算204.3 筒体轴向应力计算及校核204.4 筒体和封头中的切应力计算与校核214.5 筒体的周向应力计算与校核224.6 鞍座应力计算与校核23第五章开孔补强设计265.1 补强设计方法判别265.2 有效补

10、强范围275.3 有效补强面积275.4 补强面积28第六章储罐的焊接设计296.1 焊接的基本要求296.2 焊接的工艺设计30设计总结32参考文献33摘要液化石油气贮罐是盛装液化石油气的常用设备 , 由于该气体具有易燃易爆的特点 , 因此在设计这种贮罐时 , 要注意与一般气体贮罐的不同点 , 尤其是安全与防火 , 还要注意在制造、安装等方面的特点。 目前我国普遍采用常温压力贮罐 , 常温贮罐一般有两种形式 : 球形贮罐和圆筒形贮罐。 球形贮罐和圆筒形贮罐相比 : 前者具有投资少 , 金属耗量少 , 占地面积少等优点 , 但加工制造及安装复杂 , 焊接工作量大 , 故安装费用较高。一般贮存总

11、量大于 500 m3 或单罐容积大于 200 m3 时选用球形贮罐比较经济 ; 而圆筒形贮罐具有加工制造安装简单 , 安装费用少等优点 , 但金属耗量大占地面积大 , 所以在总贮量小于 500 m3 , 单罐容积小于 100 m3 时选用卧式贮罐比较经济。 圆筒形贮罐按安装方式可分为卧式和立式两种。在一般中、小型液化石油气站内大多选用卧式圆筒形贮罐 , 只有某些特殊情况下 ( 站内地方受限制等 ) 才选用立式。本文主要讨论卧式圆筒形液化石油气贮罐的设计。 液化石油气呈液态时的特点。 (1) 容积膨胀系数比汽油、煤油以及水等都大 , 约为水的 16 倍, 因此 , 往槽车、贮罐以及钢瓶充灌时要严

12、格控制灌装量 , 以确保安全 ;(2) 容重约为水的一半。因为液化石油气是由多种碳氢化合物组成的 , 所以液化石油气的液态比重即为各组成成份的平均比重 , 如在常温 20时 , 液态丙烷的比重为 0. 50, 液态丁烷的比重为 0. 56 0. 58, 因此 , 液化石油气的液态比重大体可认为在 0. 51 左右 , 即为水的一半。 卧式液化石油气贮罐设计的特点：卧式液化石油气贮罐也是一个储存压力容器 , 也应按 GB150钢制压力容器进行制造、试验和验收 ; 并接受劳动部颁发压力容器安全技术监察规程 ( 简称容规 ) 的监督。液化石油气贮罐 , 不论是卧式还是球罐都属第三类压力容器。贮罐主要

13、有筒体、封头、人孔、支座以及各种接管组成。贮罐上设有液相管、液相回液管、气相管、排污管以及安全阀、压力表、温度计、液面计等。关键词： 液化石油气，压力容器，卧式储罐，设计AbstractLPG storage tanks containing liquefied petroleum gas is commonly used equipment, since the gas has explosive characteristics, therefore the design of this tank, pay attention to the gas tank and the general

14、difference, especially security and fire protection Also note that the characteristics in terms of manufacturing, installation and the like. Now widely used in China normal pressure tank, room temperature storage tanks are generally two forms: spherical tank and cylindrical tank. Spherical tank and

15、cylindrical tank compared: the former with lessinvestment, less metal consumption, small footprint, etc., but the manufacturing and installation of complex welding heavy workload, so the higher installation costs. When thechoice is generally greater than the total storage tank volume is greater than

16、 500 or 200 single spherical tank more economical; and a cylindrical tank with a manufacturing installation is simple, less installation costs, etc., but a large area of large metal consumption, so Total storage is less than 500, a single tank volume more economical choice of horizontal tank is less

17、 than 100. Cylindrical tank according to the installation can be divided into horizontal andvertical. In general, the most use of liquefied petroleum gas station within small horizontal cylindrical tank, only under certain special circumstances (restricted local station, etc.) waschosen vertical. Th

18、is article focuses on horizontal cylindrical LPG tank design. LPG was characteristic of liquid when. (1) The volume expansion coefficient than that of gasoline, kerosene and water are all big, about 16 times the water, therefore, to when tankers, tank and cylinder filling to strictly control the fil

19、ling volume, to ensure safety; (2) Bulk density is about half water. Because LPG is composed by a variety of hydrocarbons, so the proportion of liquid LPG is the average proportion of each component ingredients, such as at room temperature 20 , the proportion was 0.50 liquid propane, liquid butane 0

20、.58 specific gravity of 0.56, therefore, the proportion of LPG liquid generally believed about 0.51, that is half full of water. Horizontal LPG tank design features. Horizontal LPG storage tank is a pressure vessel, also should GB150 steel pressure vessel in the manufacture, testing and acceptance;

21、and accept the Ministry of Labor issued Pressure Vessel Safety Technology Supervision (referred to content regulation) supervision . Liquefied petroleum gas tank, whether horizontal or belong to a third tank pressure vessel. Tank main cylinder, head, manholes, bearings and various takeover component

22、s. With a liquid tube, liquid return tube, gas pipes, sewage pipes as well as the safety valve, pressure gauge, thermometer, level gauge on the tank, etc.Keywords: Liquefied petroleum gas, pressure vessels, horizontal tank design第一章绪论1.1 液化石油气储罐的用途与分类液化石油气储罐有压缩气体或液化气体储罐等， 液化石油气储罐按容器的容积变化与否可分为固定容积储罐和

23、活动容积储罐两类，大型固定容积液化石油气储罐制成球形，小型的则制成圆筒形。活动容积储罐又称低压储气罐，俗称气柜，其几何容积可以改变，密闭严密，不致漏气，并有平衡气压和调节供气量的作用，压力一般不超过 60MPa。目前我国普遍采用常温压力储罐 , 常温储罐一般有两种形式 : 球形储罐和圆筒形储罐。球形储罐和圆筒形储罐相比 : 前者具有投资少 , 金属耗量少 , 占地面积少等优点 , 但加工制造及安装复杂 , 焊接工作量大 , 故安装费用较高。 一般贮存总量大于 500 立方米或单罐容积大于 200 立方米时选用球形储罐比较经济； 而圆筒形储罐具有加工制造安装简单 , 安装费用少等优点 , 但金属

24、耗量大、占地面积大。圆筒形储罐按安装方式可分为卧式和立式两种。在一般中、小型液化石油气站内大多选用卧式圆筒形储罐 , 只有某些特殊情况下 ( 站内地方受限制等 ) 才选用立式。所以在总贮量小于 500 立方米 , 单罐容积小于 100 立方米时选用卧式储罐比较经济。1.2 液化石油气特点液化石油气是无色气体或黄棕色油状液体有特殊臭味。液化石油气是从石油的开采、裂解、炼制等生产过程中得到的石油尾气副产品，通过一定程序，对石油尾气加以回收利用，采取加压的措施，使其变成液体，装在受压容器内，液化气的名称即由此而来。它在气瓶内呈液态状，一旦流出会汽化成比原体积大约二百五十倍的可燃气体，并极易扩散，遇到

25、明火就会燃烧或爆炸。气态的液化石油比空气重约1.5 倍，该气体的空气混合物爆炸范围是1.7%9.7%，遇明火即发生爆炸。所以使用时一定要防止泄漏，不可麻痹大意，以免造成危害。因此，往槽车、贮罐以及钢瓶充灌时要严格控制灌装量，以确保安全。因为液化石油气是由多种碳氢化合物组成的，所以液化石油气的液态比重即为各组成成份的平均比重，如在常温20时，液态丙烷的比重为0.50 ，液态丁烷的比重为0.56 0.58 ，因此，液化石油气的液态比重大体可认为在0.51 左右，即为水的一半。1.3 液化石油气储罐的设计特点卧式液化石油气储罐也是一个储存压力容器,也应按 GB150钢制压力容器进行制造、试验和验收，

26、并接受劳动部颁发压力容器安全技术监察规程( 简称容规 ) 的监督。液化石油气储罐 ,不论是卧式还是球罐都属第三类压力容器。储罐主要有筒体、封头、人孔、支座以及各种接管组成。储罐上设有液相管、液相回液管、气相管、排污管以及安全阀、压力表、温度计、液面计等。第二章工艺计算2.1 设计题目16 错误！未找到引用源。,0.79Mpa 液化石油气储罐的设计2.2设计数据表 2-1设计数据序号项目数值单位1名称16 错误！未找到引用源。 液化石油气储罐2用途液化石油气储配站3最大工作压力1.77Mpa4工作温度505公称直径1800mm6容积107装量系数0.98工作介质液化石油气（易燃）9其他要求100

27、%无损检测2.3设计压力、温度2.3.1设计压力取最大工作压力的1.1 倍， p 1.1 1.77 1.947Mpa2.3.2工作温度为 50，设计温度取 502.4 主要元件材料的选择2.4.1筒体、封头材料的选择根据 GB150.2-2010 表 2，选用筒体、封头材料为低合金钢Q345R（钢材标准为 GB713）。Q345R适用范围：用于介质含有少量硫化物，具有一定腐蚀性, 壁厚较大（8mm ）的压力容器。表 2-2 石油化工设备的腐蚀裕腐蚀程度极轻微腐蚀轻微腐蚀腐蚀重腐蚀腐蚀速率0.050.05 0.130.13 0.250.25腐蚀裕量0 11 33 56通过表 2-2 ，取腐蚀余量

28、 C22mm ，钢板负偏差 错误！未找到引用源。0.30mm。表 2-3 Q345R 在 16-36mm范围下的许用应力在下列温度（）下的许用应力（ Mpa ）Q345R20100150200250185185153143130许用应力：假设钢板厚度在1636mm之间，查表 2-3 ，得 t185Mpa ，并查 GB 150得 Q345R的常温屈服极限 ReL 325Mpa 。焊缝系数：根据压力容器安全技术监察规程规定，液化石油气储罐应视为第三类压力容器，筒体纵焊缝应采用全焊透双面焊缝，且100%无损探伤，所以1.0 。2.4.2鞍座材料的选择根据 JB/T4731, 鞍座选用材料为Q235-

29、B，其许用应力 sa147Mpa 。2.4.3地脚螺栓的材料选择地脚螺栓选用符合GB/T 700 规定的 Q235-B，Q235的许用应力 bt147Mpa 。第三章结构设计与材料选择3.1 筒体与封头的壁厚计算3.1.1筒体和封头的结构设计计算压力 Pc ：查的液化石油气的密度为 5803 ，公称直径，kg mh=1800mm=1.8m则液柱静压力：1液 gh5809.81 1.8 10241.64pa 。Pp110241.640.0052 % 5%p1947000故液柱静压力可以忽略， pcp1.947Mpa 。圆筒的厚度在 1636mm范围内，查 GB150.2-2010固定式压力容器第

30、二部分 中表 4-1 ，可得：在设计温度 50 错误！未找到引用源。 下，屈服极限强度s 325Mpa ， 许用应力 t185Mpa , 利用中径公式，计算厚度：pc Di1.947 18009.522mm2tpc 21851 1.947查标准 HG20580-HG20585-2010钢制化工容器相关标准表A-1 知，钢板厚度负偏差为 0.30mm。查表 2-2取：钢材的腐蚀裕量取 C2 2 ,则筒体的设计厚度：dC29.5222 11.522mm按 GB713，C10.3mm则筒体的名义厚度：ndC111.4280.3 11.728mm考虑钢板常用规格厚度，向上圆整可取筒体名义厚度n10mm

31、。筒体的有效厚度为：enC1C21020.39.322mm3.1.2 封头壁厚的设计查标准 JB/T4746-2002钢制压力容器用封头 中表 1，得公称直径 DNDi 2000mm ，选用标准椭圆形封头 , 型号代号为 EHA，其形状系数 K=1根据 GB150.3-2010 中椭圆形封头计算中式 5-1 计算：KPC Di1 0.869180022 t0.5Pc 2185 19.728mm0.5 1.947同上，取 C22mm ，错误！未找到引用源。 。则，封头的设计厚度d C2 9.728 2 11.728mm同上，取 C10.3mm ，则封头名义厚度为：ndC16.7030.37.00

32、3mm考虑钢板常用规格厚度，向上圆整可取筒体名义厚度n10mm。封头的有效厚度为： enC1 C210 0.3 2 7.7mm。封头型记做 ： EHA180010Q345RJB /T47463.2 筒体和封头的结构设计3.2.1封头的结构尺寸根据 JB/T4746-2002 钢制压力容器用封头中 EHA椭圆形封头内表面积、容积。如表 3-1表 3-1 ： EHA椭圆形封头内表面积、容积公称直径 DN /mm总深度 H /mm内表面积 A/ m2容积 V封 / m320005254.49301.1257由Di2 ，得 h HDi47518002 H h425mm4如下图 3.1图 3.1 椭圆形

33、封头简图3.2.2筒体的长度计算根据错误！未找到引用源。 ，充装系数为 0.9 。即可求得， 101.822L 2 0.8207 ，4计算得 L 4.94m, 取 L 5m 。3.3 鞍座选型和结构设计3.3.1鞍座选型该卧式容器采用双鞍式支座，材料选用Q235-A。估算鞍座的负荷：储罐总质量 mm12m2m3m4 ，错误！未找到引用源。 圆筒质量：m1Din Lns 3.141800 10500010 7.85 10 61269.89kg ；圆筒容积 V1 为：V1D i2 L10 93.142000 2500010 915.7m344总容积 V:VV1封15.7232V1.1257 17.

34、9514m错误！未找到引用源。单个封头的质量：查标准JB/T4746-2002 钢制压力容器用封头 EHA椭圆形封头质量，可知， m2345.3kg ，错误！未找到引用源。充液质量：m3V017.9514 5800.95022.00kg错误！未找到引用源。附件质量：人孔质量为 302kg，其他接管质量总和估计为400kg；所以 m4702kg综上所述： mm12m2m3m42477.22345.39370.670213240.4kg 则有： 错误！未找到引用源。Gmg132.40KN每个鞍座承受的重量为66.2KN 。由此查 JB4712.1-2007 容器支座，选取轻型，焊制为A, 包角为

35、120 ，有垫板的鞍座。查 JB4712.1-2007 得鞍座结构尺寸如下表 3-2 ：表 3-2 ：鞍式支座结构尺寸公称直N2000腹板210b4430D径允许载Q kN300l3330垫板10荷4鞍座高h250b2190e80度筋板l11420b3260螺栓间l21260距底板2208螺孔/ 孔D l24/40b13长112弧长2330重量kg1603.3.2鞍座位置的确定因为当外伸长度A=0.207L 时，双支座跨距中间截面的最大弯矩和支座截面处的弯矩绝对值相等，从而使上述两截面上保持等强度， 考虑到支座截面处除弯矩以外的其他载荷，面且支座截面处应力较为复杂，故常取支座处圆筒的弯矩略小于

36、跨距中间圆筒的弯矩，通常取尺寸 A 不超过 0.2L值，为此中国现行标准JB 4731钢制卧式容器规定 A0.2L=0.2 （ L+2h），A 最大不超过 0.25L.否则由于容器外伸端的作用将使支座截面处的应力过大。由标准椭圆封头由Di2 ，得 h HDi52520002 H h425mm4故 A 0.2 L 2h 0.25000 2 251010mm鞍座的安装位置如图3.2 所示：图 3.2鞍座示意图此外，由于封头的抗弯刚度大于圆筒的抗变钢度，故封头对于圆筒的抗弯钢度具有局部的加强作用。若支座靠近封头，则可充分利用罐体封头对支座处圆筒截面的加强作用。因此， JB4731还规定当满足 A 0

37、.2L 时，最好使A0.5RaRaDin ，即， Ra2000101005 mm2222A0.5Ra502.5mm，取 A500mm ，综上有： A500mm (A 为封头切线至鞍座中心线的距离， L 为两封头切线间的距离 ) 。3.4 接管，法兰，垫片和螺栓的选择3.4.1接管和法兰液化石油气储罐应设置排污口，气相平衡口，气相口，出液口，进液口，人孔，液位计口，温度计口，压力表口，安全阀口，排空口。法兰简图如图 3.3 所示 , 接管和法兰布置如图 3.4 所示：图 3.3 法兰结构简图图 3.4 储罐各管口示意图查 HG/T 20592-2009钢制管法兰中 PN10带颈对焊钢制管法兰 (

38、 除人孔法兰外 ) ，选取各管口公称直径，查得各法兰的尺寸、质量，法兰密封面均采用FM型式。表 3-3 ：接管和法兰尺寸序号 名称 公称 钢管外 法兰 螺栓 螺栓 螺栓孔 螺栓 法兰法兰颈法兰法兰直径 径法兰 外径 孔中 孔直 数量 n Th厚度高度质量(DN) 焊端外 (D)心圆 径 （个）(C)H径（ B）直径 K (L)NS H 1Ra 进气口 8089200 160 188M16 20 105 3.2 10 6 50 4b人孔5005306706202620M2428562 7.1 161290 39.5c 出气口 8089200 160 188M16 20 105 3.2 10 6

39、50 4d温度计202510575144M1218402.364401口e压力表202510575144M1218402.364401口f安全阀100108220180188M1620131 3.6128524.5口k1-2 液位计3238140100184M1618562.666422口g 排空口 5057165 125 184M16 18 74 2.9 8 5 45 2.5h 排污口 8089200 160 188M16 20 105 3.2 10 6 50 4m 进液口8089200160188M1620105 3.2106504S出液口8089200160188M1620105 3.2

40、1065043.4.2垫片查 HG/T 20592-20635钢制管法兰、垫片、紧固件凹凸面法兰用MFM型垫片尺寸表4.0.2-3 得：表 3-4垫片尺寸表符号管口名称公称直径内径 D1外径 D2a进气口8089120b人孔500530575c出气口8089120d温度计口202750e压力表口202750f安全阀口100115149k1-2液位计口324365g排空口506187h排污口8089120m进液口8089120S出液口8089120注： 1：垫片型式为石棉橡胶板。2：填充材料为有机非石棉纤维橡胶板。3：人孔法兰垫片厚度为3mm，其他法兰垫片厚度为1.5mm3.4.3螺栓（螺柱）的

41、选择查 HG/T 20592-20635钢制管法兰、垫片、紧固件,PN10 带颈对焊钢制管法兰螺柱的长度和平垫圈尺寸如表3-5:表 3-5 螺栓及垫片六角头螺栓和螺柱符号公称直径螺纹数量LSR质量LZR质 量DNN（个）（ kg）（kg）a80M1686514990144b500M242090482125450c80M1686514990144d20M12455647560e20M16455647560f100M1686514990144k1-232M1646014185136g50M1646014185136h80M1686514990144m80M1686514990144S80M16865149901443.5 人孔的选择根据 HG/T 21518-2005，选用公称压力 PN4.0Mpa , 公称直径 Dn =500mm的回转盖带颈对焊法兰人孔，密封面为凹凸面（MPM），接管为 20 号钢，其明细尺寸见下表3-6 ：表 3-6人孔尺寸表（单位： mm）密封面型式凹凸面D755b152d030公称压力4.0D1670b257螺柱数量20(Mpa)公称直径500H 1280A430螺母数量40dw s530 14H 2132螺柱尺寸d498b57总质量 kg3993.6 安全阀的设计